C1.3 Eutrophierung und Versauerung von Böden

Einträge von Säuren und Stickstoff haben Auswirkungen auf das Bodenleben und die Stoffwechselprozesse, die in Böden ablaufen. Auf landwirtschaftlichen Flächen spielen die luftbürtigen Einträge, insbesondere wenn die Flächen relativ intensiv bewirtschaftet werden, eine nur untergeordnete Rolle. Auf nicht oder nur extensiv bewirtschafteten Flächen, auf denen keine oder nur in sehr geringem Umfang Düngemittel ausgebracht werden, kann der Eintrag über den Luftweg einen bedeutenderen Einfluss auf die landwirtschaftlichen Böden haben.

Für Waldböden ist bekannt, dass aufgrund der luftbürtigen Einträge ein sukzessiver Versauerungsprozess mit Verarmung an Basen wie Kalzium, Magnesium und Kalium bei gleichzeitiger Anreicherung von Nährstoffen (insbesondere Nitrat) im Gange ist. Auf den von Natur aus ärmeren Waldböden führt dies zu einer Unterversorgung mit den für Pflanzen wichtigen Nährelementen. Bei Erschöpfung der Puffer- bzw. Aufnahmekapazitäten der Böden haben diese Prozesse Konsequenzen für das Grundwasser.

Im Rahmen der Düngeberatung werden in allen Teilen Hessens bei den unterschiedlichen Kulturarten Bodenuntersuchungen zum pH-Wert sowie zu den Gehalten an Phosphor, Kalium und Magnesium auf landwirtschaftlichen Flächen durchgeführt. Auswertbar sind Ergebnisse von 13.406 Bodenproben der Jahre 1991 bis 2004 aus dem hessischen Teil des Biosphärenreservats, namentlich aus den Gemeinden Burghaun, Dipperz, Ebersburg, Ehrenberg, Eiterfeld, Gersfeld, Hilders, Hofbieber, Hünfeld, Nüsttal, Poppenhausen, Rasdorf, Tann, Hohenroda, Schenklengsfeld, Friedewald und Haunetal.
Die zu Zwecken der Düngeberatung durchgeführte Bodenbeprobung dient nicht in erster Linie der systematischen Erfassung der Nährstoffsituation im Biosphärenreservat, sondern der produktionstechnischen Beratung von Landwirten im Rahmen der Düngeverordnung. Die sehr unterschiedliche Probenzahl in den einzelnen Jahren spiegelt daher die wechselnde Inanspruchnahme der landwirtschaftlichen Beratung bzw. den Erfolg besonderer Beratungsschwerpunkte wieder und schränkt die Aussagekraft bezüglich der Entwicklung der Nährstoffsituation des hier gewählten Zielgebiets ein. Das gilt auch für die ungleichmäßige Verteilung der Probeflächen. Trotz dieser Unzulänglichkeiten lassen sich die Daten jedoch, nicht zuletzt wegen der stattlichen Probenanzahl, mit der gebotenen Vorsicht im Hinblick auf die Landnutzung und ihren Einfluss auf den Nährstoffgehalt der Böden im Biosphärenreservat interpretieren.

In Thüringen werden seit 1996 508 repräsentativ ausgewählte landwirtschaftliche Flächen (davon 98 Grünlandflächen, 25 Ökoanbauflächen und 385 konventionell bewirtschaftete Ackerflächen) jährlich auf Grundnährstoffe und in größeren zeitlichen Abständen auf Mikronährstoffe hin untersucht.
Von diesen Flächen liegen acht Ackerflächen im Thüringer Teil des Biosphärenreservats, drei davon auf Buntsandstein, drei auf Muschelkalk und je eine auf Röt und Keuper.

Aus dem thüringischen Teil des Biosphärenreservats gibt es Untersuchungen eines zusammenhängenden Grünlandgebiets in der Vorderen Rhön (Nordostabdachung der Hohen Rhön), das vollständig nach KULAP bewirtschaftet wird. Hauptnutzungszweige sind Färsenaufzucht und Milchproduktion. Das Untersuchungsgebiet hat eine Größe von 757,5 ha und umfasst die Fluren mehrerer Ortschaften. Entsprechend der kleinräumig variierenden geologischen Verhältnisse in dem Gebiet sind auch die Bodenverhältnisse sehr unterschiedlich.
Ziel der Bodenuntersuchung war es, die Auswirkungen der bisherigen Wirtschaftsweise auf die Bodennährstoffversorgung zu dokumentieren und zu bewerten. Um die Bodennährstoffversorgung zu ermitteln, waren bereits im Jahr 1999 Bodenproben gezogen worden.

In Thüringen sind zur Zeit 33 Bodendauerbeobachtungsflächen (BDF) eingerichtet. Sie werden in Kooperation der Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie (TLUG), Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft (TLL) sowie Thüringer Landesanstalt für Wald, Jagd und Fischerei (TLWJF) betrieben. Auf den Flächen werden bodenchemische, bodenphysikalische und bodenmikrobiologische Untersuchungen durchgeführt. Für die Auswahl der Flächen waren die Kriterien Landschafts-, Boden-, Nutzungs- und Belastungsrepräsentanz ausschlaggebend. Die zwei in der Rhön liegenden BDF repräsentieren im landesweiten Netz der TLL (14 BDF) die extensiv genutzten Gründlandstandorte. Darüber hinaus haben sie auch innerhalb des thüringischen Teils des Biosphärenreservats durchaus eine hohe Repräsentativität für die dortigen Grünlandstandorte. Die BDF Kaltenwestheim ist ein Rendzina-, die BDF Frankenheim ein Braunerde-Standort.

Für die nicht landwirtschaftlich genutzten Böden in der Rhön gib es Daten von den bundesweit eingerichteten Bodendauerbeobachtungsflächen (BDF). Des weiteren liegen bundesweit Daten der Bodenzustandserhebung 1 (BZE1 von 1988 bis 1993) vor. Dabei wurden Bodenprofile in einem 8 x 8 km Raster angelegt und nach einem einheitlichen Verfahren Bodenproben analysiert. In den Jahren 2006 bis 2008 läuft die BZE 2. Diese Inventur erlaubt erste Aussagen zur zeitlichen Dynamik von Bodenprozessen. Teilweise handelt es sich bei der BZE 2 aber auch um eine Erstinventur (z. B. in Bayern wegen der Anlehnung des Stichprobenrasters an die Bundeswaldinventur).
Neben Dauerbeobachtungsflächen im Wald werden im Rahmen der Standortserkundung so genannte Leitprofile angelegt und analysiert. Dies erfolgt in den beteiligten Ländern nach eigenständigen Verfahren. Da in Hessen die Daten der Profilbeschreibungen und Bodenanalysen aus der Standortserkundung im Format der BZE abgelegt werden, können diese gemeinsam ausgewertet werden. Zurzeit liegen im Waldteil von Hessen 27 Profilbeschreibungen und Analyseergebnisse vor.
Das Ergebnis der Standortserkundung im Wald wird in einer Standortstypenkarte festgehalten. Im hessischen Teil der Rhön liegt für den Staats- und Kommunalwald eine flächendeckende Standortskartierung vor. Ein großer Teil des Privatwalds verfügt ebenfalls über eine Standortskartierung. Der Standortstypenkarte können Informationen aus den Bereichen Klima, Geländewasserhaushalt (Wasserspeichervermögen des Bodens) und Nährstoffausstattung des Bodens entnommen werden. Sie beschreibt somit den Pflanzenstandort, indem Bereiche mit ähnlichen Eigenschaften von anderen Bereichen abgegrenzt werden. Neben diesem Hauptzweck können der Standortstypenkarte auch weitere umweltrelevante Informationen entnommen werden, wie z. B. die flächenhafte Ausdehnung besonders versauerungsgefährdeter Bereiche. Die Standortstypenkarte kann zur Regionalisierung von Umweltdaten herangezogen werden, die im Rahmen einer Stichprobeninventur erhoben wurden.

Für Auswertungen weiterer umfangreich vorliegender Bodendaten für den Umweltbericht Rhön bestanden in den drei Ländern jedoch keine Kapazitäten. Abb. 48 gibt einen Überblick über die Bodenbeobachtungsflächen und die Bodenuntersuchungen im Wald im Biosphärenreservat.

Die im Biosphärenreservat bevorzugten Landbewirtschaftungsformen lassen grundsätzlich eher eine Nährstoffverarmung als eine -anreicherung im Boden erwarten. Dementsprechend zeigen auch die Ergebnisse der hessischen Bodenuntersuchungen, dass seit Beginn der 1990er Jahre, dem Zeitpunkt der Ausweisung des Biosphärenreservats, der Flächenanteil mit sehr niedriger bzw. niedriger Nährstoffversorgung zugenommen hat. Bei deutlichen, vornehmlich witterungsbedingten Jahresschwankungen ist dieser Trend besonders bei der Verfügbarkeit von Phosphor zu beobachten. Dort hat sich der Anteil unzureichend versorgter Probeflächen im Beobachtungszeitraum mehr als verdoppelt (s. Abb. 49).

Der Phosphorgehalt der Böden ist ganz wesentlich durch die Düngung beeinflusst. Außerdem ist der Phosphor-Kreislauf in viehhaltenden (Grünland-) Betrieben häufig geschlossen. Dem geringen Phosphor-Export mit Milch und Fleisch steht meist ein nennenswerter Phosphor-Import mit Zukauffuttermitteln gegenüber. Nur die Differenz aus Phosphor-Import und -Export wird mit mineralischer P-Düngung ausgeglichen.
Die deutliche Zunahme der mit Phosphor unterversorgten Grünlandflächen kann als Folge reduzierter Bewirtschaftungsintensität des Grünlands im hessischen Teil des Biosphärenreservats gewertet werden. Komponenten der reduzierten Bewirtschaftungsintensität sind:

1. die rückläufige Zahl der (mit Kraftfutter versorgten) Milchkühe,
2. die steigende Anzahl von Mutterkühen (mit geringerem Kraftfuttereinsatz) und
3. insgesamt sinkende Tierzahlen, womit ein geringerer Futterbedarf und ein niedrigeres Düngungsniveau verbunden sind.

Tendenziell gilt das auch für die Versorgung mit Kalium, jedoch in abgeschwächter Form, weil die Verfügbarkeit von Kalium im Boden neben der Düngung auch stärker vom Ausgangsgestein abhängig ist (s. Abb. 49). Die in den Grünlandgebieten des Biosphärenreservats vorherrschenden Basaltverwitterungsböden liefern naturgemäß Kalium nach. Die reduzierte Bewirtschaftungsintensität des Grünlands schlägt sich deshalb beim Kalium weniger deutlich in der Bodenversorgung nieder. Dennoch nahm der Anteil untersuchter Flächen mit sehr niedrigem und niedrigem Kaliumgehalt im Boden während des Beobachtungszeitraums um rund 10 % zu. Etwas stärker wächst der Anteil von Flächen mit suboptimalem, d.h. eher saurem pH-Wert, was hauptsächlich auf vernachlässigte Kalkung zurückzuführen sein dürfte (s. Abb. 49 ).

Böden aus Magnesium-reichen magmatischen Gesteinen wie Basalt weisen naturgemäß einen hohen Magnesiumgehalt auf. Der Anteil der Gehaltsklassen A und B für Magnesium liegt daher unter 5 %.

Zu ähnlichen Befunden kommen die Untersuchungen im thüringischen Teil des Biosphärenreservats sowohl bezüglich des Stickstoff- als auch des Phosphorgehalts.
Auf den beiden Bodendauerbeobachtungsflächen im Gründlandbereich Kaltenwestheim und Frankenheim liegen die Stickstoffgehalte – wie wegen der Beibehaltung des außerordentlich extensiven Nutzungsregimes nicht anders zu erwarten – auf niedrigem Niveau (d. h. unter <1 % der Boden-Trockenmasse) und haben insbesondere zwischen 1999 und 2004 abgenommen (s. Abb. 50).

Auch die Analyse des leicht pflanzenverfügbaren Stickstoffs (Nmin) zeigt wegen der anhaltend extensiven Nutzung eine Tendenz zur Abnahme der Werte (s. Abb. 51).

Vergleichbar dem Stickstoff ist die Situation bei den Gehalten an pflanzenaufnehmbarem Phosphor. Auch diese Werte spiegeln auf den beiden Bodendauerbeobachtungsflächen die anhaltende Aushagerung des Bodens wider. Die sehr niedrigen Gehalte liegen im Bereich der Gehaltsklasse A (s.o.), die keine nachhaltige Grünlandnutzung mehr zulässt. Ein Entwicklungstrend ist nicht ersichtlich.

Auch Untersuchungen auf einem zusammenhängenden 757,5 ha großen Grünlandgebiet in der Vorderen Rhön, das vollständig im Rahmen des KULAP bewirtschaftet wird, bestätigen die sukzessive Verarmung der extensiv bewirtschafteten Böden an Nährstoffen. Auf den Flächen wurde in den letzten Jahren auf eine Grunddüngung mit Phosphor und Kali verzichtet.
Der Flächenanteil, welcher der Phosphor-Gehaltsklasse B angehört, ist von 19,9 % im Jahr 1986 auf 60,2 % im Jahr 1999 angestiegen. Flächen mit Einstufung in die Klasse „E“ (sehr gute Versorgung) gab es nur noch im Jahr 1986 (s. Abb. 52). Im Durchschnitt haben die Phosphor-Gehalte von 1986 zu 1999 um 3,8 mg / 100 g Boden abgenommen.

Der Entwicklungsverlauf der K-Gehalte ist ähnlich dem der P-Gehalte. Zwischen 1986 und 1999 nahm der Anteil der mittleren bis sehr hohen Kalium-Gehaltsklassen (C bis E) von 97,4 % auf 42,4 % ab.

Auf den Ackerflächen ergibt sich zumindest im hessischen Teil des Biosphärenreservats ein anderes Bild der Versorgungssituation. Zwar ist seit Bestehen des Biosphärenreservats bei der Versorgung der untersuchten Böden mit Phosphor auch hier eine Zunahme der Gehaltsklassen A und B festzustellen. Doch es handelt sich allenfalls um einen schwachen Trend. Auch am Ende des Beobachtungszeitraums sind noch über 80 % der untersuchten Ackerflächen mittel bis sehr gut, jedenfalls ausreichend mit Phosphor versorgt. Die Anteile der Gehaltsklassen A und B bei Kalium- und Magnesium veränderten sich kaum. Der Probenanteil mit unzureichendem pH-Wert war sogar leicht rückläufig.
Daraus lässt sich ableiten, dass sich, anders als bei der Grünlandbewirtschaftung, während der Zeit des Bestehens des Biosphärenreservats die Bewirtschaftungs- bzw. Düngeintensität im Ackerbau im hessischen Teil des Biosphärenreservats nicht nachhaltig verändert hat.

Gehaltsklasse	pH	P	K	Mg
E	1	2	-	3
D	3	4	4	3
C	4	2	2	2
B	-	-	2	-
A	-	-	-	-

Aufgrund der unterschiedlichen geologischen Voraussetzungen sind die Böden im Biosphärenreservat Rhön nicht gleichermaßen von Versauerung betroffen. Am weitesten verbreitet sind versauerungsempfindliche Böden im hessischen Teil des Biosphärenreservats mit den Ausgangssubstraten Löss, Buntsandstein und Bimstuff sowie im Südteil bzw. Südostteil der bayerischen Rhön. So liegt bei acht untersuchten Bodenprofilen auf Buntsandsteinstandorten im hessischen Teil der Rhön eine tiefgreifende Bodenversauerung, d.h. bis weit über 60 cm Bodentiefe, vor. Auf den grundsätzlich besser Säure puffernden Basaltstandorten konnten bereits an vier von 12 Bodenprofilen stärkere Bodenversauerungserscheinungen im Oberboden (bis 30 cm Tiefe) festgestellt werden.
Im Thüringer Teil der Rhön kommen versauerungsempfindliche Böden dagegen deutlich kleinflächiger vor.
Bodenuntersuchungen an der bayerischen Waldklimastation Bad Brückenau (Kellerstein), die auf einer Bastaltkuppe gelegen ist, zeigen trotz des an sich gut nährstoff- und basenversorgten Bodens für den Oberboden pH-Werte von unter 4. Im Untergrund bewegt sich der pH-Wert um 5. Mit pH-Werten von 4 liegen die Böden bereits im kritischen Bereich, in dem Aluminium im Boden mobilisiert und in Folge auch Schwermetalle mit dem Sickerwasser aus dem Boden ausgetragen werden können.
Entsprechende Untersuchungen an Böden aus Laacher Bimstuff oder Buntsandsteinmaterial im hessischen Teil des Biosphärenreservats weisen noch deutlich niedrigere pH-Werte auf. Auch liegen dort die Basensättigungswerte, ein besonders guter Indikator zur Interpretation der vorliegenden Bodenversauerung, in einem kritischen Bereich (unter 15 % der Austauscherbelegung).

Versauerungsprozesse lassen sich auch im Grünland insbesondere auf versauerungsempfindlichen Böden im bayerischen und hessischen Teil des Biosphärenreservats beobachten (s. Abb. 47 ). Auf Ackerstandorten werden Säureeinträge in der Regel durch Maßnahmen der Aufkalkung der Flächen ausgeglichen (s. Abb. 53 ).
In der Thüringer Rhön zeichnen sich viele Ackerstandorte geogen bedingt durch eine gute Kalkversorgung aus. Untersuchungen auf acht Acker-Testflächen im thüringischen Teil des Biosphärenreservats haben ergeben, dass zwischen 1996 und 2005 die pH-Werte in der Tendenz angestiegen sind. Die Notwendigkeit einer Aufkalkung der Flächen ist daher gering. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es auch im thüringischen Teil des Biosphärenreservats einzelne Betriebe gibt, deren Ackerflächen kalkbedürftig sind.

Die im Biosphärenreservat präferierte Form der extensiven Landbewirtschaftung hat deutliche Auswirkungen auf die Nährstoffversorgung insbesondere von Grünland. Sowohl die Stickstoff- als auch die Phosphorgehalte der Böden sind in den letzten Jahren zurückgegangen.
In Anbetracht des Ziels, die nährstoffarmen Standorte zu erhalten, ist diese Entwicklung grundsätzlich positiv zu bewerten. Allerdings geraten einige landwirtschaftliche Flächen aufgrund der fortgesetzten Aushagerung des Grünlands inzwischen bereits an die Grenzen ihrer nachhaltigen Nutzbarkeit, da eine die Ernteentzüge ausgleichende Grunddüngung seit Jahren unterbleibt, und die natürliche Bodenfruchtbarkeit nicht erhalten werden kann.
Dieser Prozess kann auch aus naturschutzfachlicher Sicht nachteilig sein. So ist vom thüringischen Teil bekannt, dass inzwischen infolge der Aushagerung im Grünland naturschutzfachlich wertvolle Goldhaferwiesen verschwinden und sich die Flächen zu Rotschwingelrasen, auf sauren Standorten auch zu Borstgrasrasen entwickeln. Um die Vielfalt unterschiedlicher Vegetationstypen im Grünland zu erhalten und eine weitergehende Verschlechterung der Qualität und Quantität der Aufwüchse zu vermeiden, ist - zumindest auf einigen Flächen - die Wiederaufnahme einer landwirtschaftlichen Grunddüngung erforderlich.
Im Ackerbau hat die Anerkennung des Biosphärenreservats offensichtlich die Art der Bewirtschaftung nur wenig beeinflusst.

Um die Vielfalt unterschiedlicher Nutzungstypen insbesondere von Grünland im Biosphärenreservat sicherzustellen, sollte die Strategie der konsequenten Extensivierung in Zukunft zumindest z. T. differenziert werden. Um die nachhaltige Bewirtschaftbarkeit des auch naturschutzfachlich wertvollen Wirtschaftsgrünlands, und hierzu zählen in erster Linie die Goldhaferwiesen und mäßig intensiven Glatthaferwiesen, zu gewährleisten, wäre auf einigen Flächen die Wiederaufnahme einer landwirtschaftlichen Grunddüngung erforderlich.
In Thüringen wurde vor diesem Hintergrund für den KULAP-Programmteil C (Naturschutzkonforme Grünland-Biotoppflege) für die derzeit laufende Förderphase (2000 bis 2006) die Möglichkeit geschaffen, mit Ausnahmegenehmigung der zuständigen Naturschutzbehörde Düngungsmaßnahmen durchzuführen.

Die aus vielfältigen anderen Gründen im Biosphärenreservat ergriffenen Maßnahmen des Umbaus von nadelbaumdominierten Beständen zu Wäldern mit deutlich stärkerer Beteiligung von Buche und Edellaubbäumen dienen indirekt auch dem Ziel, die nachteiligen Folgen der Überschreitung kritischer Eintragsraten von Stickstoff in den Waldökosystemen auf Böden und Grundwasser zu reduzieren. Laubbäume filtern in deutlich geringerem Umfang Schadstoffe aus der Luft aus als die immergrünen Nadelbäume.

Für Waldböden in Trinkwassereinzugsgebieten wird generell ein pH-Wert von über 4,5 bis 5,0 bzw. eine Basensättigung am Austauscher von über 15 % angestrebt, um Säureeinträge abzupuffern und eine Auswaschung von Schwermetallen weitgehend zu verhindern.

Die für das Biosphärenreservat präferierte Form der extensiven Landbewirtschaftung hat deutliche Auswirkungen auf die Nährstoffversorgung der landwirtschaftlich genutzten Flächen. Innerhalb der zurückliegenden fast 15 Jahren hat sich der Anteil von Böden mit niedriger und sehr niedriger Phosphorversorgung annähernd verdoppelt. Die Ergebnisse aus der Berechnung der Stickstoff-Saldi, die für den thüringischen Teil vorliegen, zeigen, dass auch im Bereich der Stickstoffversorgung keine relevanten Nährstoffüberhänge mehr bestehen.
Deutlich weniger dramatisch verläuft die Aushagerung der Ackerstandorte.

Die nachhaltige Sicherung der landwirtschaftlichen Nutzbarkeit des Wirtschaftsgrünlands und der Äcker gehört zu den Zielen des Biosphärenreservats. Daher ist eine Differenzierung der bisher sehr konsequent betriebenen Extensivierungsstrategie erforderlich, letztendlich auch um den Zielen des Naturschutzes, eine große Vielfalt unterschiedlicher Nutzungsformen zu erhalten, zu entsprechen.

Das Problem einer Eutrophierung und / oder Versauerung von Böden stellt sich mit deutlichem Schwerpunkt im Wald und für das nicht landwirtschaftlich genutzte Offenland. Auch wenn hierzu keine Daten für den Umweltbericht ausgewertet werden konnten, muss doch in Anbetracht von Überschreitungen der kritischen Eintragsraten zumindest an einigen besonders sensiblen Standorten vom Risiko einer Beeinträchtigung von Böden ausgegangen werden.